紙基微流體系統的制作方法

專利名稱：紙基微流體系統的制作方法
紙基微流體系統交叉引用有關申請本申請要求2008年3月27日提交的美國臨時申請No.61/039,858和2008年3月 27日提交的美國臨時申請No.61/039,958的權益，因此其全部內容結合于此。
背景技術：
大部分當前的生物分析化驗都不能用于發展經濟。當前的診斷化驗通常需要由 培訓過的人員操作的大型且昂貴的實驗儀器。因此，存在對不麻煩的并且可以在小樣本 量上進行的低成本的診斷化驗的需求。此外，存在對流體中的被分析物進行跟蹤級的檢 測的低成本系統的需求，例如用于⑴人體健康；Gi)違法的毒品使用；(iii)軍隊和國 家的安全設置；以及Gv)環境中的化學污染。

發明內容
在一個方面，發明是以化驗裝置為特征的。所述化驗裝置包括多孔的親水性基 底；限定出化驗區域的邊界和主通道區域的邊界的不滲流體的屏障，所述主通道區域流 體地連接到化驗區域上；以及設置在所述多孔的親水性基底上的導電材料條帶。在一 些實施例中，所述多孔的親水性基底包括硝化纖維醋酸鹽、醋酸纖維素、纖維素紙、濾 紙、衛生紙、信紙、紙巾、布或者多孔聚合物薄膜。在一些實施例中，不滲流體的屏障貫穿所述多孔的親水性基底的厚度。在一些實施例中，導電材料條帶設置在基底的一個表面上。在一些實施例中， 導電材料條帶設置在基底的兩個表面上。在特定的實施例中，所述條帶被定位成橫跨主 通道區域。在一些實施例中，所述導電材料是金屬或者導電聚合物。在一些實施例中，所 述導電材料是金屬。在特定的實施例中，金屬是Sn、Zn、Au、Ag、Ni、Pt、Pd、Al、 In或者Cu。在一些實施例中，化驗裝置還包括設置在導電材料和多孔的親水性基底之間的 絕緣材料。在一些實施例中，所述絕緣材料是膠帶、聚苯乙烯、聚乙烯或者聚氯乙烯。在特定的實施例中，主通道區域包括樣品沉積區域，所述主通道區域在多孔的 親水性基底內在樣品沉積區域和化驗區域之間提供流體通道。在一些實施例中，屏障還限定出多個化驗區域和多個主通道區域，所述導電材 料條帶橫跨兩個或更多個通道。在其他實施例中，化驗區域包括檢測反應劑。在一些實施例中，檢測反應劑在 化驗區域中共價地結合到多孔的親水性基底上。在其他實施例中，檢測反應劑在化驗區 域中未共價地結合到多孔的親水性基底上。在一些實施例中，屏障包括感光性樹脂或者可固化聚合物。在特定實施例中， 屏障包括SU-8感光性樹脂。在一些實施例中，屏障具有至少一個在大約IOOym到大約5cm之間、在大約100 μ m到大約Icm之間、在大約100 μ m到大約Imm之間或者在100 μ m到大約200 μ m 之間的尺寸。在一些實施例中，主通道區域具有至少一個在大約100 μ m到大約5cm之 間、在大約100 μ m到大約Icm之間、在大約100 μ m到大約Imm之間或者在大約100 μ m 到大約200μιη之間的橫向尺寸。在一些實施例中，導電材料層具有至少一個在大約 100 μ m到大約5cm之間、在大約100 μ m到大約Icm之間、在大約100 μ m到大約Imm 之間或者在大約IOOym到大約200 μ m之間的橫向尺寸。在一些實施例中，導電材料具有大約10Ω到大約500Ω、大約20Ω到大約 100 Ω或者大約20 Ω到大約50 Ω的電阻。在另一方面，發明是以化驗裝置為特征的。化驗裝置包括多孔的親水性基底； 不滲流體的屏障，其限定出ω主通道區域的邊界，Gi)第一副通道區域和第二副通道區 域的邊界，以及Gii)第一化驗區域和第二化驗區域的邊界，第一和第二副通道區域在所 述多孔的親水性基底內在主通道區域和相應的化驗區域之間提供流體路徑；和設置在所 述多孔的親水性基底上的導電材料條帶。在一些實施例中，所述多孔的親水性基底包括 硝化纖維醋酸鹽、醋酸纖維素、纖維素紙、濾紙、衛生紙、信紙、紙巾、布或者多孔聚 合物薄膜。在一些實施例中，不滲流體的屏障貫穿所述多孔的親水性基底的厚度。
在一些實施例中，該導電材料條帶設置在基底的一個表面上。在一些實施例 中，該導電材料條帶設置在基底的兩個表面上。在一些實施例中，化驗裝置包括第二導電材料條帶。在一些實施例中，第二導 電材料條帶設置在基底的兩個表面上。在一些實施例中，第一和第二導電材料條帶設置 在基底的相同表面上。在一些實施例中，第一和第二導電材料條帶設置在基底的兩個相 反表面上。在特定實施例中，第二導電材料條帶被定位成跨過第二副通道區域。在一些特 定實施例中，第一導電材料條帶未跨過第二副通道區域。在一些實施例中，第二導電材 料條帶未跨過第一副通道區域。在其他實施例中，化驗裝置包括一個或多個附加的副通道區域和一個或多個附 加的化驗區域，每個副通道區域在主通道區域和相應的化驗區域之間提供流體路徑。在一些實施例中，所述導電材料是金屬或者導電聚合物。在一些實施例中，所 述導電材料是金屬。在特定的實施例中，金屬是Sn、Zn、Au、Ag、Ni、Pt、Pd、Al、 In或者Cu。在一些實施例中，化驗裝置還包括設置在導電材料和多孔的親水性基底之間的 絕緣材料。在一些實施例中，所述絕緣材料是膠帶、聚苯乙烯、聚乙烯或者聚氯乙烯。在特定實施例中，主通道區域包括樣品沉積區域，所述主通道區域在多孔的親 水性基底內在樣品沉積區域和第一副通道區域及第二副通道區域之間提供流體路徑。在其他實施例中，化驗區域包括檢測反應劑。在一些實施例中，檢測反應劑在 化驗區域中共價地結合到多孔的親水性基底上。在其他實施例中，檢測反應劑在化驗區 域中未共價地結合到多孔的親水性基底上。在一些實施例中，屏障包括感光性樹脂或者可固化聚合物。在特殊實施例中， 屏障包括SU-8感光性樹脂。
在一些實施例中，屏障具有至少一個在大約IOOym到大約5cm之間、在大約 100 μ m到大約Icm之間、在大約IOOym到大約Imm之間或者在大約IOOym到大約 200μιη之間的尺寸。在一些實施例中，主通道區域具有至少一個在大約IOOym到大約 5cm之間、在大約100 μ m到大約Icm之間、在大約100 μ m到大約Imm之間或者在大約 IOOym到大約200μιη之間的橫向尺寸。在一些實施例中，導電材料層具有至少一個在 大約100 μ m到大約5cm之間、在大約100 μ m到大約Icm之間、在大約100 μ m到大約 Imm之間或者在大約IOOym到大約200 μ m之間的橫向尺寸。在一些實施例中，導電材料具有大約10Ω到大約500Ω、大約20Ω到大約 100 Ω或者大約20 Ω到大約50 Ω的電阻。在另一方面，發明是以一種控制通過化驗裝置(例如，本文中所描述的化驗裝 置)的流體樣品的運動的方法為特征的。所述方法包括對化驗裝置上的導電材料施加電 流；并且使主通道區域與流體樣品接觸，其中將電流施加到導電材料上阻止樣品從主通 道區域流體流動到化驗區域中。在一些實施例中，施加電流會蒸發至少一部分流體樣品 并且在主通道區域和橫過主通道區域設置的導電材料部分的邊界處濃縮被分析物。在一些實施例中，方法還包括除去電流。在特定實施例中，除去電流允許樣品 從主通道流動到化驗區域中。
在另一方面，發明以控制流體樣品通過化驗裝置(例如，在本文中所描述的化 驗裝置)的運動為特征，所述化驗裝置包括至少兩個導電材料條帶，每個條帶分別跨過 第一和第二副通道區域。所述方法包括對第一導電材料條帶施加電流；并且使主通道區 域與流體樣品接觸，其中將電流施加到第一導電材料條帶阻止樣品從第一副通道區域流 體流動到第一化驗區域中。在一些實施例中，施加電流蒸發了至少一部分流體樣品并且在第一副通道區域 和第一導電材料條帶的邊界處濃縮被分析物。在其他實施例中，所述方法還包括將電流施加到第二導電材料條帶上，其中將 電流施加到第二導電材料條帶阻止樣品從第二副通道區域流體流動到第二化驗區域中。在一些實施例中，接通或斷開通向導電材料條上的電流，以允許流體樣品流過 相應的副通道區域并進入到相應的化驗區域中或將之阻止。在另一方面，發明是以微流體裝置為特征的。微流體裝置包括多孔的親水性基 底；不滲流體的屏障，所述屏障貫穿多孔的親水性基底的厚度并且在所述多孔的親水性 基底內限定出具有第一側壁和第二側壁且末端開口的通道的邊界；和設置在所述多孔的 親水性基底上的導電路徑，導電路徑包括ω導電材料條帶，從而在沒有跨接第一和第 二側壁的導電材料的情況下中形成斷開電路；和(ω電氣地連接到導電材料條帶上的電 池，電氣響應的指示器和電阻器。在另一方面，發明以一種檢測流體樣品中存在高電解質濃度的方法為特征。所 述方法包括提供本文中所描述的微流體裝置；并且使末端開口的通道與流體樣品接觸， 其中流體樣品流過所述通道并且跨接所述通道的兩個側壁，連通在導電路徑，其中連通 導電路徑時電氣響應的指示器所產生的可檢測信號表示流體中存在高電解質濃度。


當同時閱讀附圖時，從以下說明中將更全面地了解本發明的前述及其他目的、 其各種特征以及發明本身，其中圖IA是具有單個檢測區域的紙基微流體系統的示意圖。圖IB是具有四個檢測 區域的紙基微流體系統的示意圖。圖2是示出一種用于制造濃縮流體中的被分析物的試制型μ -PAD裝置的方法的 示意圖。圖3A是連接到可調電源上的μ "PAD的照片表述。圖3B是描繪裝置上使用紅 外線(IR)溫度計測量溫度的位置的μ "PAD的示意圖。圖3C是描繪將加熱過的μ "PAD 浸入165 μ M的誘惑紅AC (allura redAC)之中的時間進程的一系列照片表述。圖3D是同 一 μ -PAD裝置的一系列照片表述。圖3E是經加熱的裝置的三角形尖端中的顏色的相對 百分比隨時間增大的圖表。圖4是紙基微流體裝置的示意圖，并且其用于測量脫水作用。圖5是一種制造測量脫水作用的紙基微流體裝置的方法的示意圖。
圖6A是微流體通道的電阻與填充通道的溶液中的NaCl的濃度的關系圖表。插 圖顯示了用于實驗的裝置的照片表述。圖6B是微流體通道的電阻與水中IOOmM的NaCl 溶液的時間的關系的圖表。圖7是裝置的示意圖。圖8是微流體裝置的一系列照片表述。圖8A描繪了右邊開關被接通且左邊開關 被斷開的裝置。圖8B描繪了右邊開關被接通且左邊開關被斷開的裝置。圖8C和圖8D 描繪了一種裝置，或者右邊接通(圖8C)，或者右邊斷開(圖8D)。圖9是一導線跨過16個通道中的8個的多通道微流體裝置的一系列照片表述。 圖9A使用彎曲線來描繪藍色著色劑溶液的流動和控制的連續圖像。圖9B描繪了具有導 線的一個通道的放大圖。圖9C描繪了隨后用于控制黃色著色劑的流動的相同裝置。圖 9D描繪了具有導線的一個通道的放大圖。圖10是具有開關的多通道微流體裝置的一系列照片表述。圖IOA描繪了在波浪 形導線橫過裝置下的一組通道。圖IOB描繪了圖IOA的通道nr 8的放大圖。圖11是3-D可編程的微流體裝置的示意圖。
具體實施例方式本文中所提到的所有的公開文件、專利申請、專利及其他參考文獻的全部內容 通過引用結合于此。另外，所述的材料、方法和實例僅是說明性的而不用于限制。除非 另外有限定，否則本文中所使用的所有技術和科學術語與本發明所屬領域的普通技術人 員通常所了解的具有相同的意思。雖然在本發明的實踐或者試驗中可以使用和本文中所 描述的相似或等效的方法和材料，但是以下描述了合適的方法和材料。概要在一些方面，利用疏水性的屏障對多孔的親水性底基基底圖案化以提供一類用 于在生物學液體上執行多路生物檢定生物化驗的低成本的、輕便的且技術上簡單的平臺 種類。用于試驗化驗的有用的親水性底基基底的一個實例是紙，其是便宜的、市場上容易買到的、一次性的、快速地芯吸液體的并且在和一些傳統的平臺上進行時一樣不需要 仔細操作的。紙或者其他多孔的親水性底基基底利用疏水性屏障來圖案化以提供生物學 流體的空間控制，并且由于屏障所限定的區域內部的毛細管作用而能夠輸送流體。疏水 性屏障可以是聚合物，例如，可固化聚合物或者感光性樹脂，并且在所限定的區域內貫 穿多孔的親水性底基基底的厚度而提供了一基本上不可滲透的阻隔。紙和其他多孔的親水性底基基底還包括附接到底基基底的一側上的一層導電材 料，例如，金屬。導電材料可用于控制流體樣品經通過底基基底的流量流動，例如， 以濃縮流體中的被分析物并且用于檢測樣品中的多種被分析物的跟蹤級，或者形成“開 關”和“閥”來控制流體樣品流入到生物檢定生物化驗的不同區域中。所述開關和閥適 用于二維的(2-D)、橫向流動的紙基微流體裝置以及三維的(3-D)貫穿流動裝置(其是由 一個疊在另一個上的交替的紙層和帶層所構成的)。開關和閥的結合產生了簡單的、便宜 的且紙基的微流體裝置，所述微流體 裝置在沒有增加泵或者起作用的其他外部設備的復 雜性的情況下準確地控制流體的運動。在一些實施例中，絕緣材料層設置在導電材料和多孔的親水性基底之間。可以 使用的絕緣材料的非限制性實例包括帶材、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、薄膜感光性 樹脂、聚酰亞胺、膠水、環氧樹脂、石蠟、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅樹脂、乳膠或 任何其他合適的絕緣聚合物或者其任何組合。在一些實施例中，導電材料附接到絕緣材 料層上以形成復合片材(例如，隔離導電層)。化驗裝置圖IA是根據發明的一些實施例的化驗裝置的示意圖，其具有親水性基底、疏水 性屏障和導電材料。裝置100包括圖案化的疏水性屏障110 (例如，SU-8感光性樹脂)、 多孔的親水性基底120 (例如，色譜分析紙)、導電材料(例如，金屬)和絕緣層140(例 如，膠帶)。疏水性屏障110在基底120中限定出了可用于執行生物化驗的區域。在所 示實施例中，屏障110限定出了可以沉積流體樣品的樣品沉積區域150、化驗區域170和 主通道區域160，所述主通道區域160通過毛細管作用從沉積區域150將流體樣品芯吸到 化驗區域170。當電流被施加到導電材料130上時，導電材料130變熱并且該熱量傳遞通過絕緣 層140并進入到主通道區域160中。因為導電材料130和絕緣層140放置在裝置110的 一側上，所以主通道區域160中的流體可以從裝置110的背面蒸發。因此，當電流被施 加到導電材料130上時，流體樣品通過主通道區域160芯吸到導電材料130接觸疏水性屏 障110的區域180中并且不流向化驗區域170。圖3C是描繪了在將電流施加到導電材料上和沒有將電流施加到導電材料上的情 況下阿洛拉紅AC (allura red AC)的水溶液流過圖IA的化驗裝置110的一系列圖像。來自 樣品沉積區域150的溶液通過主通道區域160流入到區域180中，在所述區域處，導電材 料130接觸疏水性110。流體樣品不流向化驗區域170。當流體在區域180處蒸發時，著 色劑的數量繼續在區域180處聚積13分鐘。在13分鐘時，斷開通向導電材料130的電 流。經過13.5分鐘后，流體樣品開始流入化驗區域170中。如以下更詳細地描述的，可 以利用檢測反應劑來處理化驗區域170以檢測流體樣品內部是否存在特定的被分析物。圖IB是化驗裝置100的示意圖，所述化驗裝置100具有圖案化的疏水性屏障110(例如，SU-8感光性樹脂)、多孔的親水性基底120 (例如，色譜分析紙)、導電材料 130 (例如，金屬)和絕緣層140 (例如，膠帶)。疏水性屏障110限定出了可以沉積流體 樣品的樣品沉積區域150、化驗區域171、172、173、174、副通道區域191、192、193、 194和主通道區域160，所述主通道區域160從沉積區域150通過毛細管作用將流體樣品 分別通過副通道區域191、192、193、和194芯吸到化驗區域171、172、173和174中。 當電流被施加到導電材料130上時，流體樣品通過主通道區域160芯吸到導電材料130接 觸疏水性屏障110的區域180中并且不流向副通道區域191、192、193或者194。可以 利用檢測反應劑(例如，相同或者不同的檢測反應劑)來處理化驗區域171、172、173和 174以檢測流體樣品內部是否存在特定的被分析物。在圖IB中所示的裝置100中，化驗區域171、172、173和174被等距離地從主通 道區域160間隔開(離主通道區域160大約2mm)。在該實施例中，化驗區域171、172、 173和174接收等量的流體 樣品，并且化驗區域171、172、173和174以相同流量裝填。在圖IA和IB所示的裝置中，主通道區域160為Imm寬。在其他實施例中， 主通道區域160更窄(例如，大約ΙΟΟμιη)以適用于較小的流體樣品體積(例如，小于大 約3yL)。圖IA和圖IB中的裝置還包括嵌有SU-8感光性樹脂的紙的區域111，其可以 防止流體偶然地進入裝置中。圖7是一化驗裝置的示意圖，所述化驗裝置具有親水性基底、疏水性屏障和兩 層導電材料。裝置200包括圖案化的疏水性屏障210(例如，SU-8感光性樹脂)、多孔的 親水性基底220 (例如，色譜分析紙)、導電材料層231與232和絕緣層241與242。疏 水性屏障210限定出了可以沉積流體樣品的樣品沉積區域250、化驗區域271與272、副 通道區域291與292和主通道區域260，所述主通道區域260通過毛細管作用從沉積區域 250分別經由副通道區域291和292將流體樣品芯吸到化驗區域271和272中。可以利用 檢測反應劑(例如，相同或者不同的檢測反應劑)來處理化驗區域271和272以檢測流體 樣品內部是否存在特定的被分析物。當電流被施加到導電材料層231上時，導電材料層231變熱并且該熱量傳遞通過 絕緣層241并進入到副通道區域291中。因為導電材料層231和絕緣層241放置在裝置 210的一側上，所以副通道區域291中的流體可以從裝置210的背面蒸發。因此，當電流 被施加到導電材料層231上時，流體樣品通過主通道區域260芯吸到副通道區域291進入 導電材料層231接觸疏水性屏障110的區域281中并且不流向化驗區域271中。當電流 被施加到導電材料層231上時，流體樣品從主通道區域260通過副通道區域292流入到化 驗區域272中。當導電材料層231和232為大約60-70°C時，流體的運動停止(被斷開)，并且 當導電材料層231和232的溫度低于60°C時，流體的運動被調制(形成閥)。在0.2伏時 接通和斷開開關和閥所需的時間(即，用于加熱和冷卻導電材料層231和232的時間)小 于ls，但是可以通過施加不同的電流水平來調整。兩個部件都可以被接通和斷開多次。圖8A和8B是描繪紅色著色劑的水溶液流過圖7的化驗裝置210的圖像。導電 材料層231和232是沉積在絕緣層241和242 (厚30 μ m)的一側上的Imm寬X 50nm厚 的鍍金導電路徑。如圖8A中所描繪的，當電流施加到導電材料層232上時，流體樣品從 主通道區域260流入到化驗區域271中。然而，流體樣品不會流向化驗區域272，而是在區域282處被阻止。如圖8B所示，當斷開流向導電材料層232的電流并且將電流施加給 導電材料層231時，流體樣品從主通道區域260流入到化驗區域272中并且停止流向化驗 區域271而聚積在區域281處。圖11是裝置300的示意圖，其包括七段式液體顯示器，所述液體顯示器可用于 顯示從0到9的所有數字。裝置300包括圖案化的疏水性屏障310、多孔的親水性基底 320和導電材料層330。疏水性屏障310限定出了顯示區域370、副通道區域390和主通 道區域360，所述主通道區域360通過毛細管作用經由副通道區域390將流體芯吸到顯示 區域370中。當電流被施加到導電材料層330上時，流體樣品通過主通道區域360芯吸到 導電材料層330接觸疏水性屏障310的區域380中，并且不會流入顯示區域370中。通 過接通和斷開通向導電材料層330的電流，可以控制進入顯示區域370的流體以顯示特定 的數字0到9。所述這些裝置存在許多優點。裝置僅使用一個加熱元件(例如，扁平的30 μ m 的薄的導線)來控制通道中的液體的流量流動。沒有機械閥或者封堵器來控制通道中的 流體的流量流動。所述裝置具有起到閥/開關作用的簡單的、薄且扁平的電熱絲導線。 所述閥/開關可以非常準確地引導液體并且可以將液體“保持”(停止)在一個位置處多 個小時(大于2小時)。通過該方法，可以控制流動的速率、方向和路徑。該裝置是重 量輕的和薄的，并且可以被彎曲或者折曲。紙是親水性的并且在化學性質上是惰性的， 可以在沒有外部的泵的情況下由于毛細管力而輸送液體。紙的通道是生物相容的。可以 在化學性質上改進紙或者確定其功能以固定(例如，捕獲)反應劑。制造過程是便宜的 并且可以在1小時內完成。 用于測量流體樣品中的電解質濃度的微流體裝置在一個方面，描述了用于測量流體樣品中的含鹽濃度的微流體裝置。所述微流 體裝置包括具有圖案化的親水性區域的圖案化的親水性基底、沉積在親水性基底上的導 電的材料路徑、附接到所述導電的材料路徑上的電子元件和用于將流體樣品沉積在一個 親水性區域內部的微流體通道。圖案化的親水性基底包括不滲流體的屏障，所述不滲流 體的屏障基本上貫穿親水性基底的厚度并且在親水性基底內部限定出一個或多個親水性 區域的邊界，如本文中所描述的。可以將各種的電子元件附接到導電的材料路徑上。電子元件的非限制性實例包 括集成的電路、電阻器、電容器、晶體管、二極管、機械開關、電池和外部電源。電池 的非限制性實例包括鈕扣(手表)電池。外部電源的非限制性實例包括交流電壓源。電 子元件可以使用例如已知的粘結劑來附接。在某些實施例中，市場上可買到的由兩部分 組成的導電粘結劑(Circuit Specialists Inc)是通過在培養皿(Petridish)中混合相等體積的 所述組分來制備的。在混合之后可以立即使用該粘結劑并且可以利用注射針頭將其施加 到導電材料的路徑。通過將電子元件的終端壓在粘結劑上來將離散的電子元件粘結到金 屬制的路徑上。用于沉積流體樣品的微流體通道可以是與導電材料的路徑接觸的任何親水性區 域。所述用于沉積流體樣品的微流體通道、導電材料的路徑和電子元件可以按這樣的方 式來制造，使得當流體樣品被引入到微流體通道中時，其接觸到導電材料的路徑以連通 包括流體、導電材料的路徑和電子元件的電路。在一個或多個實施例中，包含鹽類的流體樣品被導入到微流體通道中。流體樣品內部含鹽的濃度確定了流體樣品的電阻，所述 電阻繼而確定了電路的電流。在某些實施例中，將一發光二極管(LED)附接到導電材料 的路徑上。在某些具體實施例中，具有高含鹽濃度和低電阻的流體樣品被導入到微流體 通道中并且與導電材料的路徑接觸。電流通過所述電路，跨過LED形成了足夠高的電 壓，并且LED被接通。在某些其他具體實施例中，具有低含鹽濃度和高電阻的流體樣品 被導入到微流體通道中并且與導電材料的路徑接觸。跨過LED形成不夠高的電壓，并且 LED保持不變。在其他實施例中，用于沉積流體樣品的微流體通道的一部分相對于空氣被密封 以在裝置組裝好后的使用期間限制流體樣品的蒸發。密封的所述部分可能為微流體通道 的50%、60%, 70%, 80%, 90%或者95%。在某些實施例中，通過將透明帶貼到裝置 的任一側上來密封微流體通道的所述部分。在某些其他實施例中，用于沉積流體樣品的 微流體通道段未被密封。在某些具體實施例中，微流體通道靠近圖案化的親水性基底的 邊緣的段未被密封，以使其能夠起到用于沉積流體樣品的微流體通道的入口的作用。在一個具體實施例中，參照圖4描述了用于測量射流流體樣品中的含鹽濃度的 由圖案化紙制成的微流體裝置20。如圖4A所示，微流體裝置20包括圖案化紙1、金屬 制的路徑5、11、12、13、電子元件4與7和微流體通道8。通過W02008/049083中所描 述的任一方法利用感光性樹脂2來使紙1圖案化，其該申請內容作為參考通過引用合并于 此。金屬制的路徑5、11、12、13被沉積在紙基底1上。調制電流的電阻器4(100kQ) 被附接到金屬制的路徑5和11上。提供電流的(手表)鈕扣電池6附接到金屬制的路徑 5和13上。發光二極管(LED) 7附接到金屬制的路徑12 和13上。由感光性樹脂2的一 部分限定出的微流體通道8位于金屬制的路徑11和12之間，以便當流體樣品被引導到微 流體通道8中時，連通包括流體樣品、金屬制的路徑11、電阻器4、金屬制的路徑5、鈕 扣電池6、金屬制的路徑13、LED7和金屬制的路徑12的電路。如圖4A所示，使用塑 料帶3來密封如圖4A所示的微流體裝置的一部分，而且使微流體通道8的邊緣14未被 密封。如圖4B所示，流體樣品9被引導到微流體通道8的邊緣14處。流體樣品被芯吸 以填充微流體通道8，以使金屬制的路徑11和12現在如圖4C所示地被電氣連接。當流 體樣品9具有低電阻時，電流10通過電路，跨過LED7產生了足夠高的電壓，并且LED7 被接通。在該實施例中，微流體通道8為Imm寬，并且流體樣品9可以是由患者提供的 50-100 μ L體積的尿或者汗樣品。遭受脫水的患者的體液(例如，汗和尿)的NaCl濃度比充足水合作用的患者 高。所述濃縮的鹽溶液繼而具有比低鹽濃度的流體低的電阻。可以使用該實施例中所描 述的裝置通過使電流通過金屬制的路徑和微流體通道8中的流體樣品9來測量脫水。裝 置20測量流體樣品9的電阻，并且從而測量患者體內的脫水程度。當高含鹽量的流體 (例如，表現出脫水)填充通道時，由流體樣品9提供的電路電阻較低，允許跨過(偏置) LED 7產生足夠高的電壓，來接通LED 7。這可以表示患者可能脫水。當低含鹽量的流 體(例如，表示充分的水合作用)填充通道8時，由流體樣品9所提供的電路電阻較高， 防止跨過LED7產生足夠高的電壓并且LED 7保持斷開，表示患者或許充足地水合作用。 使用電阻器4來限制電路的電流，并且使點亮LED 7所需的閾值偏置電壓與顯示脫水的生 物樣品(例如，尿或者汗)中的最小鹽濃度匹配。
具有所述功能的上述微流體裝置在沒有任何外部設備的情況下起作用并且是重 量輕的和輕便的(裝置的扁平輪廓以使其便于堆疊并貯藏在已經由紙得到的夾子、文件 夾或者其他便宜的和到處都有的運輸箱中)。所述的微流體裝置是一次性的，并且從而 比重復使用的試化驗設備更加耐污染。所描述的微流體裝置是生物可降解的并且可以通 過焚化來安全地處理。所描述的微流體裝置僅需要非常小體積的樣品流體。在某些實施 例中，僅需要大約15yL的尿、汗或者其他體液來用于分析。另外，所描述的微流體裝 置能夠快速診斷。在某些實施例中，可以從將尿或者汗的微滴施加到微流體裝置中時開 始，其在小于IOs的時間內診斷患者的脫水。多孔的親水件基底可以使用任何通過毛細管作用芯吸流體的多孔的親水性基底來作為在本文中所 描述的方法和裝置中所述的基底。非限制性實例包括纖維素和醋酸纖維素、紙(例如， 濾紙和色譜分析紙)、布和多孔聚合物薄膜。優選是，所述多孔的疏水性基底是紙。紙可以輕易地通過疏水性聚合物壁的劃 分被圖案化為親水性紙的區域；通過毛細管作用吸收和芯吸流體，以便不需要外部泵來 在微流體通道內部移動流體；可采用從流體中過濾固體污染物和微粒所用的多種尺寸的 孔；是薄的和重量輕的；是非常便宜的并且在全世界可獲得；可以在化驗之后被順利地 焚化以用于處置危險廢物；并且可以被共同改進以改變化驗裝置的化學作用(和功能)。
圖案化的方法在W02008/049083中描述了用于圖案化疏水性屏障的示例性方法。例如，化驗 裝置的一些實施例通過利用感光性樹脂浸透多孔的親水性基底、將浸透過的基底暴露于 預定圖案的光中并且除去圖案上的感光性樹脂基而形成感光性樹脂制成的疏水性屏障來 用光刻法制造。可以選擇光的圖案來限定出化驗區域、通道區域、樣品沉積區域等等， 這些區域的邊界至少部分由疏水性屏障所限定出。所述方法提供了相當高的特征分辨 率。例如，所述光刻技術可用于形成厚度在大約Imm到大約100 μ m之間(例如，在大 約300μιη到ΙΟΟμιη之間)，或甚至更小的屏障。另外，所述技術可以形成沿其長度沒 有顯著差異的特征，例如，寬度沿其長度變化小于大約10%、小于大約5%或甚至更小 的屏障。相反，由所述屏障限定出的通道也具有沿其長度沒有顯著差異的寬度，例如， 沿其長度差異小于大約10%、小于大約5%或甚至更小。沉積導電材料的方法在一個方面，描述了在親水性基底上結合有導電材料的微流體裝置。描述了使 用多種方法來將導電材料沉積到微流體裝置的親水性基底上。親水性基底可以是任何通過毛細管作用芯吸流體的基底。親水性基底的非限制 性實例包括硝化纖維、醋酸纖維素、紙、布和多孔聚合物薄膜。紙的非限制性實例包括 濾紙和色譜紙。導電材料的非限制性實例包括金屬、導電聚合物、導電油脂、導電粘結劑、任 何其他導電的材料或者其組合。在一個或多個實施例中，導電材料包括金屬。金屬的 非限制性實例包括Sn、Zn、Au、Ag、Ni、Pt、Pd、Al、In、Cu或者其組合。在其
他實施例中，導電材料包括導電聚合物。導電聚合物的非限制性實例包括多聚乙炔、 聚吡咯、聚苯胺、多聚(硫呋喃)、多聚(芴)、多聚(3-烷基噻吩)、多聚四硫富瓦烯(polytetrathiafolvalenes)、多聚萘(polynaphthalenes)、多聚(p_ 苯二胺硫化物)、多聚(對
位-苯二胺1，1，2-次乙基)或者其任何組合或衍生物。在又一實施例中，導電材料包 括導電油脂、導電粘結劑或者導電的任何其他材料。多種沉積方法可用于將導電的材料沉積在微流體裝置的親水性基底上。沉積方 法的非限制性實例包括利用模板來沉積導電材料，通過抽吸導電路徑來沉積導電材料， 通過噴墨或激光印刷來沉積導電材料，通過將市場上可買到的或自制的導電材料帶附接 在親水性基底上來沉積導電材料，通過抽吸導電路徑來沉積導電材料或者通過將導電流 體導入到微流體裝置的親水性基底或親水性通道上來沉積導電材料。替代地，導電材料 可以被嵌入到用于制造親水性基底的紙漿或者纖維中以供制造包含導電材料的親水性基 底所用。在一個或多個實施例中，通過多種技術使用模板來將導電材料沉積在微流體裝 置的親水性基底上。模板(stencils)包括孔或者口孔口的圖案，通過所述孔或者孔口圖案可以將導電 材料沉積在親水性基底上。替代地，在刻蝕過程中，模板包括孔或者口孔口的圖案，通 過所述孔或者孔口圖案可以蝕刻導電材料以在親水性基底上形成金屬圖案。模板可以由 多種材料(例如，金屬、塑料或者圖案化的干片保護層塑料或者圖案化的干膜光阻)制 成。用于制造模板的金屬的非限制性實例包括不銹鋼和鋁。用于制造模板的塑料的非限 制性實例包括聚酯薄膜。替代地，圖案化的干膜光阻干片保護層可以用作模板。在一個 或多個實施例中，金屬或者塑料被用來制造 模板，并且可以使用板圖編輯程序(例如， cClewin, WieWeb公司)在計算機上設計金屬制的路徑的圖案，并且可以從任何供應商 (例如，Stencils Unlimited LLC (Lake Oswego, OR))處獲得設計以所述設計為基礎的模 板。在某些實施例中，可以在沉積之后從紙上除去模板。在某些其他實施例中，模板的 一側被噴射有一層霧化粘結劑(例如，3M Photomount，3M Inc)以暫時將模板附加到紙基 底上。在沉積之后，模板可以從紙上剝離。模板可以被重復使用多次，例如，多于10 次。在其他實施例中，圖案化的干膜光阻可以用作模板。干膜光阻感光膠膜當暴露于穿 過透明掩膜的紫外線光中時被圖案化并且在淡氫氧化鈉溶液中顯影。可以在便攜式貼膜 機(Micro-Mark，Inc)中通過將抗蝕側面壓靠到親水性基底的表面上并且使多層片結構 通過加熱滾筒來將圖案化的干膜光阻附接到涂敷的塑料片上或者直接附接到親水性基底 上。然后，涂敷的塑料片可以被剝離，產生在一個側面上具有圖案化的干膜光阻的一張 紙。多種技術可用于穿過模板將導電的材料沉積在微流體裝置的親水性基底上。所 述技術的非限制性實例包括通過模板蒸發、通過模板濺射沉積、通過模板噴射沉積、通 過模板涂刷或者通過模板蒸發或濺射沉積導電材料薄層隨后通過電解沉積或非電解淀積 來產生一導電材料厚層。替代地，首先通過蒸發、濺射沉積、噴射沉積或者涂刷將導電 材料沉積在親水性基底上。然后應用模板，并且蝕刻導電材料的未受模板保護的那部分 以在親水性基底上形成導電材料的圖案。在一個或多個實施例中，導電材料通過模板蒸發到微流體裝置的親水性基底 上。蒸發是一種其中原材料在真空中被蒸發的薄膜沉積方法。真空允許蒸氣顆粒直 接行進朝向到目標物件(基底)上行進，在該目標物件處，它們凝聚成固態。可以在S.A.Campbell于紐約(1996)的牛津大學出板社的《微電子制造科學和技術》中找到蒸發 沉積的詳細說明，其全部內容作為參考通過引用合并于此。蒸發需要高度真空，可應用 到多種金屬，并且可以按最多高達50nm/S的速率沉積金屬。在某些實施例中，例如金屬 的導電材料通過由金屬、塑料或者感光性樹脂制成的模板蒸發到親水性基底上。在某些 其他實施例中，導電材料基于浸透感光性樹脂的絲網通過由金屬或者塑料制成的模板蒸 發到親水性基底上。在另外某些其他實施例中，薄層的導電材料被蒸發在親水性基底上 并且然后通過電解沉積或者非電解淀積出更厚的導電材料層。在某些具體實施例中，使 用e_光束蒸發器將金屬蒸發在紙上。在所述實施例中，金屬的非限制性實例包括100% Sn、100% In、100% Au、100% Ag、52% In-48% Sn 的共晶體、100% Ni 和 100% Zn。在其他實施例中，導電材料通過模板被濺射沉積到微流體裝置的親水性基底 上。濺射沉積是一種通過將材料從材料源處濺射(即，噴射)到基底(例如，親水性基 底)上來沉積出薄膜的物理汽相淀積方法。可以在S.A.Campbell于紐約(1996)的牛津 大學出板社的《微電子制造科學和技術》中找到濺射沉積的詳細說明。濺射沉積通常在 較低真空度(> 75,000 μ Torr)下進行并且在比蒸發低的速率(例如，對于Au為lnm/s， 對于其他金屬具有更低的速率和更高的能量要求)下沉積例如金屬的導電材料。在某些 實施例中，例如金屬的導電材料通過由金屬、塑料或者感光性樹脂制成的模板被濺射沉 積在親水性基底上。在某些其他實施例中，例如金屬的導電材料基于浸透感光性樹脂的 絲網通過由金屬或者塑料制成的模板濺射沉積到親水性基底上。在另外某些其他實施例 中，薄的導電材料層被濺射沉積在親水性基底上，并且然后通過電解沉積或者非電解淀 積沉積出更厚的導電材料層。在某些具體實施例中，使用Cressington 208HR benchtop濺 射涂層機通過濺射將金屬沉積在紙上。在所述實施例中，金 屬的非限制性實例包括100% Pt、100% Au> 80%Pd/20%Pt> 100% Ag> 100% Ni> 100% Al 和 100% Sn。在另一個具 體實施例中，Au(金)被濺射在親水性基底上。金具有與銅或者鋁相似的導電性(在20°C 時，導電率=45.17Χ1061/Ωιη)。在幾厘米長度上具有較小橫斷面面積(50nmX lmm)的 金導線可以形成具有高電阻(> 100 Ω)的導電的金屬制路徑。可以使用適度的電壓(大 約5V)和電流(大約55mA)將所述金導線加熱到高溫(大約90°C )，所述電壓和電流可 以通過便攜式堿性或者鋰離子電池來輕易地提供。替代地，可以直接將一段帶材附接在 親水性基底上，并且然后通過掩模將金濺射沉積在帶材上。在其他實施例中，導電材料通過模板被噴射沉積在微流體裝置的親水性基底 上。噴射沉積是快速的且便宜的，并且可以在沒有專用設備的情況下在室溫下應用。此 夕卜，由于其較大的涂層厚度，金屬的噴射沉積可以用于在包括衛生紙、紙巾或甚至紡織 品的非常粗糙的表面上產生導電的路徑。借助于由例如懸掛在丙烯酸底基中的例如金屬 的導電材料的薄片構成的噴槍或者噴射劑容器來施加噴射。在某些實施例中，例如金屬 的導電材料通過由金屬、塑料或者感光性樹脂制成的模板被噴射沉積在親水性基底上。 在某些其他實施例中，導電材料基于浸透感光性樹脂的絲網通過由金屬或者塑料制成的 模板噴射沉積到親水性基底上。在某些具體實施例中，Ni或者Ag被噴射在基底上并且 在室溫下固化(10分鐘)以產生導電的表面(厚度= 20-100μιη，取決于遍數，對于Ni， 表面電阻=0.7 Ω /square,對于 Ag，表面電阻=0.01 Ω /square)。在其他實施例中，導電材料通過模板被涂刷在微流體裝置的親水性基底上。可以被涂刷在親水性基底上的導電的材料的非限制性實例包括釬焊膏、導電油脂、導電粘 結劑或者導電油墨(金屬基或者導電聚合物基)。涂刷技術可用于將導電材料沉積在親 水性基底的表面上或者沉積到其內部。在某些實施例中，例如金屬的導電材料通過由金 屬、塑料或者感光性樹脂制成的模板被涂刷在親水性基底上。在某些其他實施例中，導 電材料基于浸透感光性樹脂的絲網通過由金屬或者塑料制成的模板被涂刷在親水性基底 上。在其他實施例中，使用刻蝕工藝通過模板將導電材料沉積在微流體裝置的親水 性基底上。在某些實施例中，首先通過蒸發、濺射沉積、噴射沉積、或者涂刷將導電材 料沉積在親水材料上。然后，應用模板并且對沉積在親水性基底上的導電材料的未被模 板保護的那部分進行蝕刻，在親水性基底上產生導電材料的圖案。在某些具體實施例 中，例如金屬的導電材料被沉積在親水性基底上，并且然后通過模板，沉積的金屬經受 活性離子蝕刻過程以除去金屬沉積物上未被模板保護的那部分，從而在親水性基底產生 了金屬圖案。在其他實施例中，導電材料通過抽吸導電路徑被沉積在親水性基底上。在某些 實施例中，使用填裝導電金屬墨的筆來將金屬沉積在親水性基底上。在所述實施例中， 金屬的非限制性實例包括Ag和Ni。在某些其他實施例中，使用填裝導電聚合物的筆來 將導電聚合物沉積在親水性基底上。抽吸導電路徑可以將導電材料沉積在親水性基底的 基體的表面和內部。在其他實施例中，通過噴墨或者激光印刷來沉積導電材料。在某些實施例中， 通過噴墨或者激光印刷來印刷或者繪制導電聚合物。在某些其他實施例中，通過噴墨或 者激光印刷來印刷或者繪制導電墨。 在其他實施例中，通過將市場上可買到的或者自制的導電材料帶附接在親水性 基底上來沉積導電材料。在某些實施例中，將市場上可買到的導電帶附接在親水性基底 的表面上。市場上可買到的導電帶的非限制性實例包括銅帶材。在某些其他實施例中， 將自制的導電帶材附接在親水性基底的表面上。自制的導電帶材的非限制性實例包括例 如通過蒸發、濺射沉積、噴射沉積或者涂刷而包敷有導電材料的透明膠帶的塑料帶。在其他實施例中，通過將導電流體導入到親水性基底或者微流體裝置的親水性 通道上來沉積導電材料。在某些實施例中，導電流體被芯吸到親水性基底或者親水性 的通道中。導電液體的非限制性實例包括離子溶液、金屬、碳納米管溶液或者導電聚合 物。在其他實施例中，可以將導電材料嵌入到用于制造親水性基底的紙漿或者纖維 中以供制造內部沉積有導電材料的親水性基底所用。在某些實施例中，可以將金屬或者 其他導電材料嵌入到用于制造紙的紙漿或者纖維中。在另一個方面，在導電材料沉積之后將電氣元件附接在親水性基底上。可以使 用例如已知的粘結劑來附接電氣元件。在某些實施例中，市場上可買到的由兩部分組成 的導電粘結劑(Circuit Specialists Inc)可以通過在培養皿(Petridish)中混合相等體積的 所述組分來制備。在混合之后可以立即使用該粘結劑并且可以利用注射針頭將其施加到 導電材料的路徑中。通過將電子元件的終端壓在粘結劑上來將分立電子元件粘結到金屬 制的路徑上。電子元件的非限制性實例包括集成電路、電阻器、電容器、晶體管、二極管、機械開關和電池。圖2示意性地示出了一種用于沉積導電材料以制造出本文所描述的化驗裝置的 方法。如圖2所示，首先將絕緣層1(30μιη厚)附接到多孔的親水性基底2(30μιη厚) 上。然后，通過濺射沉積將導電的金屬層3(50nm米厚)沉積在絕緣層1上。然后將由 導電的金屬絕緣層和多孔的疏水性基底層形成的夾層切割成段，并且在所述段之一的內 部，將絕緣層1(附著有導電金屬層3)從多孔的親水性基底2上分離以形成包括一段導電 的金屬層12和一段絕緣層13的導電金屬-絕緣層組件11。然后將導電金屬_絕緣層組 件11附接到一圖案化的多孔的親水性基底5上，疏水性材料4貫穿所述圖案化的多孔的 親水性基底5的選定部分的厚度。導電金屬_絕緣層_多孔的親水性基底層所形成的夾 層可以被切割成具有不同形狀和尺寸的段，并且所述段(附接有導電的金屬層)內部的絕 緣層可以被從多孔的親水性基底上分離以形成具有不同形狀和尺寸的導電金屬-絕緣層 組件。檢測反應劑親水性基底的邊界區域可用于在化驗裝置中限定出一個或多個化驗區域。生物 化驗裝置的化驗區域可以利用對生物流體中存在被分析物做出響應的反應劑進行處理， 所述反應劑可以起到被分析物存在的指示器的作用。在一些實施例中，對于被分析物的 所述響應是肉眼可見的。例如，可以在化驗區域中處理親水性基底以提供存在被分析物 的顏色指示器。指示器可以包括在有被分析物的情況下被著色、在有被分析物的情況下 變色或者在有被分析物的情況下發熒光、發磷光或者發冷光的分子。在其他實施例中， 放射性的、磁性的、光學的和/或電氣的測量可 用于確定蛋白質、抗體或者其他被分析 物的存在。在一些實施例中，為了檢測特定的蛋白質，可以利用有選擇地聯結蛋白質或者 與蛋白質作用的反應劑(例如，小分子)來推衍親水性基底的化驗區域。或者，例如，為 了檢測特定抗體，可以利用有選擇地聯結抗體或與抗體作用的反應劑(例如，抗原)來推 衍親水性基底的化驗區域。例如，例如小分子和/或蛋白質的反應劑可以使用這樣的化 學作用(所述化學作用與用來將分子固定在凸緣或者載玻片上的化學作用類似)或者使用 用于將分子聯接到碳水化合物上的化學作用共價地聯結到親水性基底上。在備用實施例 中，可以通過將反應劑從溶液中施加并且允許溶劑蒸發來應用和/或固定反應劑。可以 通過其他非共價相互作用物理吸收來將反應劑固定在多孔基底上。總之，多種反應劑可 用于化驗裝置以檢測被分析物，并且可以通過多種合適的方法來施加。所述反應劑可能 包括抗體、核酸、核酸適體(aptamers)、分子印跡聚合物、化學受體、蛋白質、縮氨酸、 無機化合物和有機小分子。所述反應劑可能被吸附到紙上(通過非具體的相互作用的非 共價地或者共價地(如或者為酯、氨化物、亞胺、以太或者通過碳-碳、碳-氮、碳-氧 或氧-氮化學鍵))。然而，一些被分析物與一些反應劑的相互作用不會引起可見的變色，除非被分 析物被預先標記。所述裝置可以被另外處理來添加在其在化驗區域中聯結到反應劑上之 后聯結到目標分析物上的著色劑或標記過的蛋白質、抗體、核酸或者其他反應劑，并且 產生可見的變色。例如，這可以通過提供具有單獨區域的裝置來實現，所述單獨區域 已經包含著色劑或者標記過的反應劑，并且包括一機構，通過所述機構，在所述著色劑或者標記過的反應劑在化驗區域聯結到反應劑上之后可以輕易地將其導入到目標分析物 中。或者，例如，裝置可以設有單獨通道，可以在著色劑或者標記過的反應劑在化驗 區域中聯結到反應劑上之后使用所述單獨通道來使其從紙的不同區域流入到目標分析物 中。在一個實施例中，該流動以一滴水或者其它流體開始。在另一個實施例中，反應劑 和標記過的反應劑在裝置中的相同位置處，例如，在化驗區域中施加。牛物樣品本文中所描述的微流體系統可用于化驗樣品流體。可以使用本文中所描述的 診斷系統來化驗的生物樣品包括例如尿、全血、血漿、血清、腦脊髓液、腹水、眼淚、 汗、唾液、排泄物、齒溝液或者組織提取液。在一些實施例中，單滴液體(例如，來自針扎的手指的一滴血液)足以執行化 驗，以提供存在被分析物的一簡單的“是/否”應答，或者例如通過進行化驗的亮度與 校準的彩色圖表的可見的或者數字的比較來提供樣品中存在的被分析物的數量的半定量 分析的化量。然而，為了獲得液體中的被分析物的定量測量，一般在裝置存放一限定體 積的流體。因此，在一些實施例中，可以通過圖案化紙以包括接收一限定體積的流體的 樣品井來獲得一限定體積的流體(或者十分接近提供適當精確的讀數的限定體積的一體 積)。例如，在全血樣品的情況中，目標手指可以被針扎，并且然后壓靠在樣品井上直到 井被注滿，從而足夠近似所限定體積。^M 本文所描述的測量溶液中的鹽濃度的微流體系統可以被用于許多不同的應用 中。例如，它們可能對以下人員有用兒科醫生(用于嬰兒或者很難獲得更大體積尿的 其他患者的脫水診斷)；在例如發展中國家的資源有限的環境中工作的醫生(用于在主要 關注化驗成本或者運轉器械的電力獲得能力的情況下診斷脫水)；在緊急事件或者護理 點環境中工作的醫生(作為用于快速檢測脫水的方法)；療養院中的護士或者護工(用于 檢測老年人的脫水)；軍隊的技術人員(用于監控士兵的脫水)；運動員、教練員或者運 動醫生/技術人員(用于在實踐中或者在比賽中進行“現場”檢測運動員的脫水)；獸醫 (用于檢測家庭寵物、家畜、賽馬或者其他動物的脫水)；農場主或者農業科學家/工程 師(用于檢測植物和動物的脫水)；環境科學家(用于檢測水中的鹽濃度)；和化學家、 生物工程師或者化學工程師(作為用于在紙基底中構造出其他一次性電子式微流體混合 式裝置的藍圖)。結合有本文所描述的開關和閥的微流體系統可用于許多應用中。例如，它們可 能適合于在通道中執行反應(例如，PCR、核酸合成)。此外，具有加熱元件的紙裝置可 以被化學家用于在所述系統內部引導(生物)化學反應(例如，作為實驗室芯片裝置)。 在一些實施例中，產品可以直接在反應室中合成，通過色譜分析法提純(簡單地通過遷 徙到其他通道中)，并且通過切割一張紙來從芯片中分離出來。在其他實施例中，結合有開關和閥的裝置可以被用作了解液體的流動、熱傳遞 和其對多孔介質中的流的影響的一模型系統(參見圖10和11)。所述裝置還可以用于通 過剛要添加新鮮的反應劑之前濃縮多用途的流體(例如，血液、尿、唾液和水)來調查 其中的小分子的存在。所述開關可以使人能夠緊接著一對照的被分析物來執行反應或者 比較檢測結果中的濃度如何變化(例如，雖然一個開關被接通并且流體中的分析物被濃縮，但是另一通道充滿未濃縮的分析物，并且最后，兩個通道中的分析物都可以與反應 劑起反應)。當可以添加到系統中的不同液體或者反應劑的數量受限(按劑量或者同時) 時，所述裝置還可以用于微流體實驗。在紙中利用金屬作為微流體裝置還可以適用并被用在任何以下應用中在紙中 泵送流體；通過蒸發在紙中濃縮分析物；在紙中“開關”流體或者控制流體的流動方 向，或者接通/斷開紙中流體的流動；在紙中執行電化學反應(例如，氧化還原作用)； 紙基的電池或者燃料電池；感測紙中流體的溫度；加熱紙中的流體(例如，用于晶胞的 反應或者培育)；紙中的PCR;冷卻紙中的流體(例如，當金屬被用作來自例如珀耳帖致 冷器的冷卻裝置的“冷”導體時)；集中紙制微流體裝置中的磁場(例如，鎳圖案+外 部永磁體)；在紙中施加磁場以分開、圈閉或者捕獲顆粒或者被分析物；在紙中施加電 場或者磁場用于混合(例如，使用四處搖動的小顆粒)；在紙制微流體通道中的電泳；紙 中電容式檢測(例如，感測電介質中的差異)；感測紙中的電離電阻(例如，用于檢測含 鹽量)；感測紙中的電阻(例如，其中微流體通道中銀還原產生與被檢測分析物成比例的 給定電阻的導電路徑的紙診斷設備)；復雜的電力致動的熔斷器(例如，其中微流體通道 包含爆炸物，例如，汽油)；自毀式紙診斷法(例如，其中通過電子學致動的熔斷器消除 了外部火花或者火焰的需要)；和便攜式的遙感診斷設備(例如，進行測量然后借助于射 頻通訊長距離地發送信號的診斷法)。進一步通過以下實例來說明本發明。所述實例僅用于說明性目的。其無論如何 不會被看作是對發明范圍和內容的限制。鍾 ι-制造紙制微流體裝置按兩步工藝來制造試制型μ -PADS (參見圖2)。按兩步工藝來制備μ "PADs, 所述兩步工藝包括在紙上形成疏水性聚合物的圖案，并且在紙基的微流體裝置上圖案化 導電的金路徑。首先，如前面所描述的，使用光刻法和SU-8感光性樹脂在華特曼(Whatman)濾 紙 1 中形成微流體通道(Martinez等，Angew.Chem.Int.Ed.，Eng.46 1318-1320，2007)。 簡要地說，該工藝涉及將SU-8感光性樹脂嵌入到Whatman濾紙1中，烘干所述紙以除去 SU-8配方中的環戊酮，并且然后，穿過印刷在透明物體上的黑墨的圖案照射所述紙大約 3.5分鐘(使用100W的水銀燈)。在90°C下加熱紙10分鐘，將其浸入丙二醇單甲醚醋 酸鹽中(3X5分鐘)并且浸入甲醇中(3父5分鐘)，并且干燥。首先，通過制備導線并且然后將其附接到微流體裝置上來在所述紙基的微流體 裝置上使金導電路徑圖案化。對于所述裝置，金被圖案化在帶材上，并且帶材被切割成 尺寸適當的導電路徑，以用于附接到所述裝置上。具體地說，通過將Scotch 透明膠 帶的粘性側面粘貼到未漂白的硫酸紙上并且通過使用設置為60mA和50s的濺射時間的 Cressington Model 208HR濺射涂層機來將50納米厚的金層濺射在帶材的光亮側面上(參 見圖2)。金/帶材/硫酸紙的復合材料被切割成尺寸適合用于μ-PAD的段(即，具 有30 μ mX ImmX 22mm尺寸的用于單通道μ-PAD的直線段、和在U形的基部處具有 30 μ mX ImmX 21mm以及在U形的側邊處具有30 μ mX ImmX 15mm尺寸的用于多通道μ -PAD的連續的U形段)。將硫酸紙(假羊皮紙)從金/帶材的復合材料上剝離，并且 在檢測區域的底部之下大約0.5mm處將帶材粘貼到紙基的微流體裝置上。該距離離檢測 區域足夠遠以使從導線傳遞給沉積在所述區域中反應劑的熱最少。濃縮含水的紅餼著餼劑通過使用如上所述地制造的單通道μ "PAD濃縮165 μ M阿洛拉紅AC (紅色色 素)的水溶液來測試用于濃縮分析物的裝置的有效性。使用接線夾(扁平的微型接線夾， MuellerElectric Inc)將每個裝置上的金導線連接到一可調的電流源上(參見圖3a)。在圖 3a中，阿洛拉紅AC溶液已經到達所述導線并且已經被稍微濃縮。每條金屬導線具有大 約100Ω的電阻。電流(大約55mA)通過裝置5s來加熱金屬。使用一紅外線(IR)溫 度計來測量導線的溫度(圖3b)。 μ -PAD的背面(即，與導線的相反側面)上的紙的溫 度也被測量，并且當施加電壓時觀察到通道的溫度從23°C直接升高到大約75士5°C。通 道的最終溫度有大約5°C的變化，其反映金導線的寬度上的小差異。最初，裝置被懸掛在5mL的阿洛拉紅AC(165yM)的水溶液之上。然后，提升 所述水溶液，直到其接觸到紙的底面(且接通電流)。水溶液在30-60s中被芯吸到裝置 的中心通道中并且到達導線。當溶液潤濕靠近導線的親水性通道時，通道的溫度降低大 約3-5°C (在23%相對濕度下)。當通道被加熱到高于60°C時，流體不會被芯吸到中心 通道中超過導線。反而，溶液從導線處吸收熱量，引起導線附近的水的蒸發。
當流體蒸發時，阿洛拉紅AC濃縮在通道的與導線對準的部分中(圖3c)。只 要電流通過μ-PAD，則流體繼續蒸發并且被分析物被逐漸濃縮。導線下面的通道被加 熱到大約70°C。電流(55mA)被連續施加13分鐘，并且然后減小為零。在斷開電流之 后，通道在幾秒鐘內冷卻并且流體被芯吸到裝置的其余部分中。在圖3c中所描繪的定向 中，金導線在裝置的背面。在加熱1分鐘之后，通過裝置的圖片中的虛線來突出導線的 位置。被濃縮的阿洛拉紅AC顯示為檢測區域下面的黑暗材料。在該實例中，裝置被最 多加熱13分鐘，但是裝置可以被加熱并且被分析物可以被濃縮直到流體耗盡。當電流被斷開時，通道在不到5s內從65_75°C冷卻到23°C。一旦通道被冷卻 到大約40°C，則流體開始芯吸到裝置的其余部分中。使導線緊密地鄰近檢測區域以確保 當被分析物像塞子一樣與流體一起運動并且在其填充菱形區域時濃縮保持濃縮狀態(圖 3c)。加熱時間和被分析物的濃度之間的關系通過將水中的165μΜ阿洛拉紅AC芯吸到復合μ "PADs中來測量樣品被 加熱的時間長度和被分析物被濃縮的相對數量之間的關系。裝置被加熱不同的時 間段并且然后冷卻以允許流體填充檢測區域。通過為干燥裝置拍照并且通過使用 Adobe Photoshop 來獲得每個裝置的末端三角形區域的顏色的平均亮度來測量裝 置的端部中所收集的顏色增強的相對百分比。可以使用Adobe Photoshop 中的藍 色通道來掃描所述三角形區域，并且使用以下方程式來計算出阿洛拉紅AC中增大的相對 百分比
相對％增大=艦綱顏加熱。働x J00
顏色未加熱
顏色在裝置的三角形尖端中擴展的程度取決于電流通過金導線的持續時間(圖 3d)。在圖3d中，相同的μ-PAD裝置被加熱不同的持續時間并且然后冷卻以允許濃縮 的樣品芯吸到裝置的五邊形端部中。當流體到達中心通道中的導線處時開始加熱時間， 并且當電流減小為零時結束加熱時間。當裝置被加熱一段很短的時間(1分鐘)時，顏色 僅比裝置在沒有施加電流時高10% (圖3e;所述數據符合由下列方程式所描述的一線性 的最小二乘線y = 5.93x+3.81 ； R2 = 0.96)。然而，當加熱13分鐘時，顏色比裝置未 被加熱時強烈73%。_ 2-白慨纖艦糖_細_制造一紙制微流體裝置使用前面所述的工藝(Martinez等，Angew.Chem.Int.Ed.，Eng.46 1318-1320， 2007)來在華特曼(Whatman公司)濾紙中制造微流體通道(參見圖5)。使用板圖編輯 程序(Clewin，WieWin公司)在計算機上設計出用于微流體通道的圖案，并且使用一噴墨 式打印機和一透明薄膜來打印出根據所述設計的光掩模。利用以下工藝來在Whatman濾 紙1中圖案化微流體通道(i)將紙(2.5cmX2.5cmXx200ym)浸入抗蝕劑(SU-82010， Microchem公司)中，并且使用搟面棍將過量的抗蝕劑從紙中擠壓出來；(ii)在95°C下 干燥所述紙10分鐘，通過將光掩模和紙一起作為夾層結構壓靠在利用聯結夾保持在一起 的兩個載玻片之間來將光掩模夾緊到紙上，并且使所述紙通過光掩模暴露于紫外線燈中 (100瓦的水銀陰極輝點燈)將掩模的圖案傳遞給紙；以及，(iii)通過將紙浸入在丙二醇 單甲醚醋酸鹽中(2X10分鐘)和丙-2-醇中(2X10分鐘)來展開所述紙。 在微流體裝置上制造出金屬導線利用板圖編輯程序(Clewin，WieWeb公司)在計算機上設計出金屬制路徑的圖 案，并且基于所述設計從Stencils Unlimited LLC (Lake Oswego, OR)處獲得不銹鋼模板。通過手動對準模板與紙中圖案化的特征并且通過經由模板蒸發導電金屬(100% In)來將金屬沉積在紙基的微流體裝置上。金屬被圖案化在微流體通道的任一側上并且 遍布限定出通道的疏水性屏障的邊緣并進入親水性通道中，使得當流體填充微流體裝置 時，其與所述金屬接觸以接通電路。在沉積金屬之后，通過將透明帶材應用到裝置的任一側上來將90%的微流體通 道相對于空氣密封起來。該步驟在使用期間限制了流體的蒸發。微流體通道的靠近所述 紙的邊緣的段未被密封，以使其能夠起到用于流體進入微流體裝置的入口的作用。將電子元件安裝到紙上使用如上所述工藝來將電子元件附接到裝置上。市場上可買到的由兩部分組成 的導電粘結劑(Circuit Specialists公司)是通過在培養皿中混合相等體積的所述組分來制 備的。在混合之后立即(i)使用注射器和針將粘結劑施加到金屬制路徑上，以及Gi)通 過將電子元件的終端(端子)壓在粘合劑上來將電子元件(電阻器、LED和電池)粘結到 金屬制路徑上。利用環氧樹脂固定不到15分鐘，以在所述紙上形成元件和導電路徑之間 的永久性電氣連接。完整的裝置包括3V的鈕扣(手表)電池(Energizer公司，$0.20)、 電阻器(Digikey公司，$0.01)和發光二極管(lumex公司，$0.08)(參見圖4)。測量紙基的微流體通道中的含水的鹽溶液的電阻如上所述地制造出六個相同的微流體裝置。每個裝置中微流體通道填充有包含不同濃度的 NaCl 的水溶液OmM、50mM、lOOmM、250mM、500mM 和 IOOOmM。通過將制造在通道的任一側上的金屬導線連接到偏置電壓為IV的電壓源(BK Precision公司)上并且通過利用數字式萬用表(Fluke公司)測量流過通道的電流來確定每 個裝置中填充流體的微流體通道的電阻。通過將偏壓電壓除以電流來獲得通道的電阻。圖6a顯示了以溶液中的NaCl濃度為函數的通道的穩態電阻。在60s時收集所 有的數值，在該時間下在所有樣品中所測得的電阻接近穩態。圖表顯示當通道中的水不 包含鹽時通道顯示出最高電阻。當溶液中的鹽的濃度增大時，通道的電阻減小。誤差線 表示了橫跨使用三個單獨、相同裝置所進行的三個實驗的數據范圍。圖6b顯示了在將溶液滴施加到裝置中之后以時間為函數的通道的電阻。在時間 等于零時，通道的電阻為大約5ΜΩ。在IOs內，電阻減小到20kΩ的近似穩態值。誤 差線表示了橫跨使用三個單獨、相同裝置所進行的三個實驗的數據范圍。實施例3－具有開關和閥的紙制未留體裝置的制備和使用裝置的制造使用由以下三個總的步驟所構成的工藝來制造微流體裝置(i)按照產品規格 (MicroChem公司，Newton，MA)使用SU_8感光性樹脂來在Whatman濾紙1上進行 光刻；Gi)制造并附接金屬帶材導線在透明帶材的粗糙側面上濺射出50納米的金層 (CressingtonModel 208HR濺射涂層機，60mA，50s濺射時間)并且將其作為Imm寬的帶
材附接到裝置上；以及，(iii)組裝裝置的所有層。接通/斷開通道為了在紙通道中檢查接通/斷開過程，使用紅色著色劑的水溶液(0.05mM的含 水阿洛拉紅)來可視化裝置的有效性。溶液通過毛細管作用被輸送到裝置的中心通道 中。電熱絲設置為70°C以停止液體的流動。利用接線夾使導線與可調的電流源相連。電壓設置為0.1V，電流為0.037mA。 裝置被浸入到著色劑水溶液中到溶液中大約500 μ m的深度以通過毛細管作用將液體導入 到通道中。為了斷開一個通道(以關閉它)，流經橫跨該通道的導線的電流被調節以產生 大約80°C的溫度(利用IR溫度計所測得的溫度)，而其它導線未被接通(導線上的溫度 為大30°C )以允許液體流動(圖8)。當來自中心通道的流動被引導到通道1中時，開關2上的電流被接通并且開關 1被斷開(圖8A)。開關1上的溫度為30°C。開關2上的溫度為80°C。冷卻時間少于 Is0達到80°C所需的時間也少于Is。當開關2被斷開時，液體開始流入那個通道中(圖 8B)。因為導線1上的電流被接通，所以液體不會進入通道1中。開關1和2被周期性 地接通和斷開以引導液體的流動。(在該實驗中連續地提供液體)。在停止通道2中的 流體的流動之后(圖8c)，開關2被斷開并且液體可以再流入到通道中(圖8D)。同時控制多個通道中的液體的流動單根金屬帶材混合物導線橫跨一組通道附接，以便在這些通道的不同長度處阻 止液體。導線被按這樣的方式來定位，以使開關被設置在每個通道的不同部分處。在該 特定實驗中，使用導電筆來拉拽導線(只是簡化所述過程，但是可以使用金屬帶材混合 物導線來進行的相同方法)。導線被拉拽到附接于紙制裝置的透明帶上(圖10)。為了 可視化液體的流動，將藍色或者黃色著色劑[分別為0.05mM酸性蘭9溶液和0.05mM酒石黃水溶液]添加到MiIIiQ水中。著色的液體通過通道浸入溶液中而被輸送給裝置。在 第一實驗(圖10)中，藍色著色劑的水溶液被引導到通道中，并且通過橫過16個通道中 8個通道的倒圓/彎曲導線來阻止液體(圖IOA和10B)。導線被加熱到70°C，以便阻止 液體的流動。一半的通道起到跟隨沒有加熱的液體流動的基準作用。當加熱中止時，液 體穿過通道，直到其完全充滿通道。隨后，另一種著色劑(黃色著色劑)被導入到相同裝置中，并且溶液在附接有導 線處停止(圖IOC和10D)。多個元件可以被注射到系統中，其例如在芯片的合成中是有 用的。
在第二實驗中，使用導電筆橫過通道拉拽波浪形的導線(圖11A)。導線被加熱 到70°C。在導線與之交叉的位置，液體的流動沿通道的不同長度段來停止。在導線非常 靠近通道端部的地方，可以觀察到高濃度的著色劑，而在導線遠離通道的端部的位置處 則出現的稀釋過程(圖11B)。等同替換應當理解，雖然已經結合本發明的詳細說明來描述了本發明，但是前述說明是 用來闡明本發明并非限制由所附權利要求的范圍限定的發明的范圍。其他的方面、優點 和改進在下面的權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種化驗裝置，包括多孔的親水性基底，其具有第一表面和第二表面；不滲流體的屏障，所述屏障貫穿所述多孔的親水性基底的厚度，并且限定出一化驗 區域的邊界和一主通道區域的邊界，所述主通道區域在流體上連接到所述化驗區域；以 及，導電材料條帶，其設置在所述多孔的親水性基底的第一表面上并且定位成跨過所述 主通道區域。
2.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述導電材料是金屬或者導電聚合物。
3.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述導電材料是金屬。
4.如權利要求3所述的化驗裝置，其中所述金屬是Sn、Zn、Au、Ag、Ni、Pt、Pd、 Al、In 或者 Cu。
5.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述邊界限定出多個化驗區域和多個主通道區 域，所述導電材料條帶橫跨兩個或更多個通道區域。
6.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述化驗裝置還包括設置在所述導電材料和所 述多孔的親水性基底之間的絕緣材料。
7.如權利要求6所述的化驗裝置，其中所述絕緣材料是膠帶、聚苯乙烯、聚乙烯或者 聚氯乙烯。
8.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述主通道區域包括樣品沉積區域，所述主通 道區域在所述多孔的親水性基底內在樣品沉積區域和化驗區域之間提供流體路徑。
9.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述屏障包括感光性樹脂或者可固化聚合物。
10.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述多孔的親水性基底包括硝化纖維醋酸 鹽、醋酸纖維素、纖維素紙、濾紙、衛生紙、信紙、紙巾、布或者多孔聚合物薄膜。
11.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述多孔的親水性基底包括紙。
12.如權利要求1所述的化驗裝置，其中導電金屬層具有至少一個在大約100μ m到 大約5cm之間的橫向尺寸。
13.如權利要求1所述的化驗裝置，其中所述化驗裝置還包括可操作地連接到所述導 電材料上的電流源。
14.如權利要求13所述的化驗裝置，其中所述導電材料具有大約20Ω到大約500Ω 的電阻。
15.—種化驗裝置，包括多孔的親水性基底，其具有第一表面和第二表面；不滲流體的屏障，所述屏障貫穿所述多孔的親水性基底的厚度，并且限定出G) — 主通道區域的邊界，(ii)第一副通道區域和第二副通道區域的邊界，以及，(iii)第一化驗 區域和第二化驗區域的邊界，第一和第二副通道區域在所述多孔的親水性基底內在所述 主通道區域和相應的化驗區域之間提供流體路徑；第一導電材料條帶，其設置在所述多孔的親水性基底的第一表面上并且定位成橫跨 所述第一副通道區域，并且不設置在所述第二副通道的任何區域上；第二導電材料條帶，其設置在所述多孔的親水性基底的第一表面上并且定位成橫跨 所述第二副通道區域，并且不設置在所述第一副通道的任何區域上。
16.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述主通道區域包括樣品沉積區域，所述主 通道區域在所述多孔的親水性基底內在樣品沉積區域和第一副通道區域及第二副通道區 域之間提供流體路徑。
17.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述導電材料是金屬或者導電聚合物。
18.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述導電材料是金屬。
19.如權利要求18所述的化驗裝置，其中所述金屬是Sn、Zn、Au、Ag、Ni、Pt、 Pd、Al、In 或者 Cu。
20.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述化驗裝置還包括設置在導電材料層和所 述多孔的親水性基底之間的絕緣材料。
21.如權利要求20所述的化驗裝置，其中所述絕緣材料是膠帶。
22.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述屏障包括感光性樹脂或者可固化聚合物。
23.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述多孔的親水性基底包括硝化纖維醋酸 鹽、醋酸纖維素、纖維素紙、濾紙、衛生紙、信紙、紙巾、布或者多孔聚合物薄膜。
24.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述多孔的親水性基底包括紙。
25.如權利要求15所述的化驗裝置，其中導電金屬層具有至少一個在大約100μ m到 大約5cm之間的橫向尺寸。
26.如權利要求15所述的化驗裝置，其中所述化驗裝置還包括可操作地連接到導電材 料層上的電流源。
27.如權利要求26所述的化驗裝置，其中所述導電材料層具有大約20Ω到大約500 Ω 的電阻。
28.—種控制流體樣品通過化驗裝置的運動的方法，所述方法包括提供根據權利要求1的化驗裝置；將電流施加到所述導電材料上；以及使所述主通道區域與流體樣品接觸，其中將所述電流施加到所述導電材料阻止所述 樣品從所述主通道區域流體流動到所述化驗區域。
29.如權利要求28所述的方法，還包括除去所述電流。
30.如權利要求29所述的方法，其中除去所述電流允許樣品從所述主通道流體流動到 所述化驗區域中。
31.如權利要求28所述的方法，其中施加所述電流蒸發了至少一部分流體樣品并且在 所述主通道的邊界和橫跨所述主通道區域設置的所述導電材料的部分處濃縮被分析物。
32.如權利要求31所述的方法，還包括除去所述電流。
33.一種控制流體樣品通過化驗裝置的運動的方法，所述方法包括提供根據權利要求15的化驗裝置；將電流施加到第一導電材料條帶上；以及使所述主通道區域與流體樣品接觸，其中將所述電流施加到第一層導電材料上阻止 所述樣品從所述主通道區域流體流動到所述第一化驗區域中。
34.—種微流體裝置，包括多孔的親水性基底；不滲流體的屏障，所述屏障貫穿所述多孔的親水性基底的厚度，并且在所述多孔的 親水性基底內限定出具有第一側壁和第二側壁且末端開口的通道的邊界；以及設置在所述多孔的親水性基底上的導電路徑，所述導電路徑包括ω導電材料條帶， 從而在沒有跨接第一側壁和第二側壁的導電材料的情況下形成斷開電路；以及(ω連接 到所述導電材料條帶上的電池、電氣響應的指示器和電氣電阻器。
35. 一種檢測流體樣品中存在高電解質濃度的方法，所述方法包括 提供根據權利要求52的微流體裝置；以及使所述通道與流體樣品接觸，其中所述流體樣品流過所述通道并且跨接所述通道的 兩個側壁，連通導電路徑，其中當連通所述導電路徑時由所述電氣響應的指示器所產生的可檢測信號指示所述 流體中存在高電解質濃度。
全文摘要
本發明是以一種化驗裝置、一種微流體裝置和一種檢測流體樣品中存在高電解質濃度的方法為特征的。所述化驗裝置包括多孔的親水性基底；不滲流體的屏障，其限定出化驗區域的邊界和主通道區域的邊界，所述主通道區域被流體地連接到化驗區域上；和設置在所述多孔的親水性基底上的導電材料條帶。所述微流體裝置包括多孔的親水性基底；不滲流體的屏障，所述屏障貫穿多孔的親水性基底的厚度并且在所述多孔的親水性基底內部限定出具有第一和第二側壁且末端開口的通道的邊界；和設置在所述多孔的親水性基底上的導電路徑，所述導電路徑包括(i)導電材料條帶，從而在沒有跨接第一和第二側壁的導電材料的情況下形成斷開電路；和(ii)被電氣連接到導電材料條帶的電池、電氣應的指示器和電阻器。
文檔編號G01N27/26GK102016596SQ200980116682
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月27日 優先權日2008年3月27日
發明者A·C·西格爾, A·W·馬丁內斯, B·威利, D·羅茲基維奇, G·M·懷特賽德斯, M·D·迪基, S·T·菲利普斯 申請人:哈佛學院院長等